Journal de la technologie microbienne et biochimique

Abstrait

Les biocides organiques bromés contrôlent les bactéries productrices d'acide lactique dans les matrices de fermentation du bioéthanol

Christopher L. Wiatr1*, Julie Bazzell2, Rita deCassia Bortolo Porto3

Plus d'un million de barils de bioéthanol sont produits chaque jour par fermentation de biomasse végétale. La fabrication du bioéthanol n'étant pas aseptique, l'ajout d'agents antimicrobiens est d'une importance capitale pour protéger la fraction éthanolique des bactéries lactiques (LAB) qui peuvent se développer dans l'environnement acide du processus, contaminer le système et convertir l'éthanol en acides organiques invendables. Des antibiotiques sont généralement utilisés. Malheureusement, les antibiotiques sont chimiquement stables et persistent tout au long du processus et contaminent les solides, appelés drêches de distillerie séchées avec solubles (DDGS) qui sont collectées après la distillation et vendues comme aliments pour animaux pour les bovins, les porcs et la volaille. Cette recherche a évalué l'efficacité des méthodes antimicrobiennes alternatives. Des biocides bromés à action rapide, le 2,2-DiBromo-3-Nitrilo-PropionAmide (DBNPA) et le 2-Bromo-2-Nitrilo-Propane-1,3-Diol (BNPD), ont été étudiés comme agents antimicrobiens pour lutter contre les bactéries acidogènes viables Lactobacillus plantarum et Acetobacter cerevisiae qui infectent généralement la fermentation du bioéthanol. Dans une étude pilote sur la fermentation du maïs en éthanol à l'aide de levures, le DBNPA s'est avéré efficace contre ces bactéries à une dose-réponse progressive de 25 mg/L à 200 mg/L, la dose optimale atteignant 200 mg/L. Cependant, le BNPD n'était pas efficace à 25 mg/L, mais il était efficace à 100 mg/L et 200 mg/L. Les bromicides organiques ont ensuite été soumis à des essais sur le terrain dans une usine industrielle de transformation du maïs en éthanol. Le DBNPA a tué 3 log ₁₀ LAB et près de 3 log ₁₀ bactéries hétérotrophes totales à une dose de 100 mg/L, tandis que le BNPD a eu une élimination qui approchait 2 log ₁₀ pour les LAB et les bactéries hétérotrophes totales à la même dose. Dans une usine de sucre de canne, les bromicides organiques à 100 mg/L ont été efficaces dans le sirop de canne, le DBNPA surpassant le BNPD ; cependant, des dosages plus faibles des deux biocides ne l'ont pas été. Au cours des essais, les antibiotiques utilisés à des doses d'application typiques ont eu des effets comparativement insatisfaisants, diminuant les LAB ou la population totale de bactéries d'un seul log ₁₀ ( vs. contrôles). De plus, au cours de tests biochimiques sur des moûts de maïs fermentés infectés par LAB poussant pendant 62 heures, des doses de DBNPA ≥ 100 mg/L ont réduit de manière significative le niveau final d'acide lactique de 14 fois, et ont complètement éliminé l'effet de l'infection bactérienne sur le rendement en éthanol. Le DBNPA n'a eu aucun effet néfaste sur le taux de production d'éthanol, augmentant le rendement en éthanol de 2 %. Un ajout de seulement 0,5 % au rendement en bioéthanol est évalué à environ 4 millions de dollars de production supplémentaire dans une usine de 50 MGY. De plus, comme il a déjà été constaté analytiquement que le DBNPA se dégrade dans les coproduits de fermentation et n'atteint pas les DDGS, ce bromicide organique efficace sur le plan microbicide peut également fournir une alternative efficace aux antibiotiques pour contrôler les infections bactériennes dans la production d'éthanol-carburant et ainsi aider à éliminer les antibiotiques de la chaîne alimentaire, évitant ainsi le développement de la résistance aux antibiotiques.